April 14, 2024

Τα «κουνάγματα» ενεργειακών κυμάτων πάνω από τη Γη θα μπορούσαν να περιέχουν την ιστορία του σύμπαντος

Μετρώντας τον τρόπο με τον οποίο τα ενεργειακά κύματα κινούνται στον ουρανό πάνω από τη Γη, οι επιστήμονες δημιούργησαν έναν τρόπο να εμβαθύνουν στην 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια ιστορία του σύμπαντός μας, ξεκινώντας από το «πρώτο φως» του.

Η ομάδα, με επικεφαλής τους αστροφυσικούς του Πανεπιστημίου Johns Hopkins, χρησιμοποίησε μια σειρά από τηλεσκόπια μικροκυμάτων που ονομάζονται Cosmology Large Angular Scale Surveyor (CLASS) για να χαρτογραφήσει το 75% του ουρανού πάνω από τη Γη. Αυτό το παρατηρητήριο βρίσκεται στην οροσειρά των Άνδεων, περίπου 16.860 πόδια πάνω από την έρημο Ατακάμα στη Χιλή.

Οι μετρήσεις που έγιναν από την CLASS έχουν να κάνουν με την «πόλωση μικροκυμάτων», που σχετίζεται με την κατεύθυνση στην οποία ευθυγραμμίζονται τα κύματα φωτός. Αυτές οι μετρήσεις θα βοηθήσουν τους επιστήμονες να φιλτράρουν ένα μήκος κύματος ακτινοβολίας που απελευθερώνεται από τον Γαλαξία που συνδέεται με το πρώτο φως του σύμπαντος, ένα ουράνιο απολίθωμα που ονομάζεται «κοσμικό μικροκυματικό υπόβαθρο» ή CMB.

«Μελετώντας την πόλωση του CMB, οι αστροφυσικοί μπορούν να συμπεράνουν πώς πρέπει να ήταν το σύμπαν σε παλαιότερες εποχές», δήλωσε ο Tobias Marriage, συναρχηγός της ομάδας και καθηγητής φυσικής και αστρονομίας στο Johns Hopkins. “Οι αστροφυσικοί μπορούν να επιστρέψουν σε πολύ, πολύ πρώιμους χρόνους – τις αρχικές συνθήκες, τις πρώτες στιγμές που ξεκίνησε η ύλη στο σύμπαν και την κατανομή της ενέργειας – και μπορούν να συνδέσουν όλα αυτά με αυτό που βλέπουμε σήμερα.”

Σχετίζεται με: Η αιφνιδιαστική ανακάλυψη των ακτίνων γάμμα θα μπορούσε να ρίξει φως στο κοσμικό μυστήριο

Αποκωδικοποίηση κοσμικού απολιθώματος

Το CMB αποτελείται από φως που έχει απομείνει από ένα γεγονός που συνέβη περίπου 380 εκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη κατά τη διάρκεια μιας περιόδου που ονομάζεται «εποχή του ανασυνδυασμού». Μέχρι τότε, το σύμπαν ήταν γεμάτο με ένα πυκνό, καυτό πλάσμα που το έκανε αδιαφανές. Αυτές οι λεγόμενες κοσμικές σκοτεινές εποχές προκλήθηκαν από τα ελεύθερα ηλεκτρόνια που αναπηδούν ατελείωτα γύρω από σωματίδια φωτός που ονομάζονται φωτόνια.

Τότε άρχισε η εποχή του ανασυνδυασμού, όταν το σύμπαν είχε διασταλθεί και ψυχθεί αρκετά ώστε να επιτρέψει στα ηλεκτρόνια να ενωθούν με τα πρωτόνια, να δημιουργήσουν τα πρώτα άτομα και να δημιουργήσουν το ελαφρύτερο και απλούστερο στοιχείο στο σύμπαν: το υδρογόνο. Η ξαφνική απουσία ελεύθερων ηλεκτρονίων σήμαινε ότι τα φωτόνια ήταν αμέσως ελεύθερα να ταξιδέψουν και το σύμπαν έγινε διαφανές στο φως.

Αυτό το πρώτο φως θεωρείται σήμερα ως το CMB.

Επειδή χρονολογείται από τότε που το σύμπαν ήταν πολύ πιο πυκνό από ό,τι είναι σήμερα, το CMB έχει κατανεμηθεί σχεδόν ομοιόμορφα σε όλο το σύμπαν. Ωστόσο, υπάρχουν μικρές παραλλαγές στο CMB και, δεδομένου ότι αυτή η ακτινοβολία υπάρχει για περίπου 13,4 δισεκατομμύρια χρόνια, είναι αυτές οι παραλλαγές που λένε την ιστορία της ύλης και πώς έχει εξελιχθεί η κατανομή της. Αυτό περιλαμβάνει τον σχηματισμό των πρώτων αστέρων, γαλαξιών και γαλαξιακών σμηνών.

«Η μελέτη της ακτινοβολίας λειψάνων από την αρχή του σύμπαντος είναι κρίσιμη για την κατανόηση του πώς δημιουργήθηκε ολόκληρος ο Κόσμος και γιατί είναι έτσι όπως είναι», δήλωσε ο Nigel Sharp, διευθυντής προγράμματος του Τμήματος Αστρονομικών Επιστημών του Εθνικού Ιδρύματος Επιστημών, το οποίο έχει υποστηρίξει ΤΑΞΗ για περισσότερο από μια δεκαετία, είπε στη δήλωση. «Αυτές οι νέες μετρήσεις παρέχουν βασικές λεπτομέρειες μεγάλης κλίμακας στην αυξανόμενη εικόνα μας για τις διακυμάνσεις της κοσμικής ακτινοβολίας υποβάθρου, ένα κατόρθωμα που είναι ιδιαίτερα εντυπωσιακό επειδή επιτεύχθηκε με τη χρήση επίγειων οργάνων».

Οι νέοι χάρτες ουρανού πόλωσης CLASS έχουν λιγότερο θόρυβο από τους αντίστοιχους δορυφορικούς χάρτες.  Η κατεύθυνση της πόλωσης αντιπροσωπεύεται από το κόκκινο και το μπλε, ενώ η ένταση της πόλωσης αποτυπώνεται από το βάθος χρώματος.  Τα γκρίζα τμήματα αντιπροσωπεύουν μέρη του ουρανού που τα τηλεσκόπια CLASS δεν μπορούν να παρατηρήσουν λόγω της γεωγραφικής τους θέσης.

Οι νέοι χάρτες ουρανού πόλωσης CLASS έχουν λιγότερο θόρυβο από τους αντίστοιχους δορυφορικούς χάρτες. Η κατεύθυνση της πόλωσης αντιπροσωπεύεται από το κόκκινο και το μπλε, ενώ η ένταση της πόλωσης αποτυπώνεται από το βάθος χρώματος. Τα γκρίζα τμήματα αντιπροσωπεύουν μέρη του ουρανού που τα τηλεσκόπια CLASS δεν μπορούν να παρατηρήσουν λόγω της γεωγραφικής τους θέσης.

Οι χάρτες CLASS παρέχουν πληροφορίες σχετικά με ένα σήμα μικροκυμάτων που ονομάζεται γραμμική πόλωση, το οποίο εκπέμπεται όταν το φως περιορίζεται σε ένα μόνο επίπεδο. Η γραμμική πόλωση των μικροκυμάτων είναι το αποτέλεσμα του μαγνητικού πεδίου του Γαλαξία που χτυπά τα ηλεκτρόνια σε υψηλές ταχύτητες. Επομένως, αυτό το σήμα μπορεί να βοηθήσει στη μελέτη του Γαλαξία μας, αλλά μπορεί επίσης να εμποδίσει την έρευνα στο πρώιμο σύμπαν χρησιμοποιώντας το CMB.

Χαρτογραφώντας καθαρά τον ουρανό των μικροκυμάτων και επιτρέποντας στους επιστήμονες να φιλτράρουν τα γραμμικά πολωμένα μικροκύματα, το CLASS θα μπορούσε να βελτιώσει την κατανόησή μας για τις φυσικές διεργασίες που υπήρχαν στο πρώιμο σύμπαν. Αυτές οι διαδικασίες θα ήταν ικανές να δημιουργήσουν ένα κυκλικό υπόβαθρο πόλωσης. Η κυκλική πόλωση συμβαίνει όταν το φως συμπεριφέρεται ως δισδιάστατο εγκάρσιο κύμα. Είναι διαφορετικό από τα γραμμικά πολωμένα μικροκύματα.

Γραμμική πόλωση vs κυκλική πόλωση.  Το γραμμικό διάγραμμα δείχνει το φως να κινείται σε ένα επίπεδο, ενώ το κυκλικό διάγραμμα δείχνει το φως που κινείται σε ένα είδος σπειροειδούς μορφής.Γραμμική πόλωση vs κυκλική πόλωση.  Το γραμμικό διάγραμμα δείχνει το φως να κινείται σε ένα επίπεδο, ενώ το κυκλικό διάγραμμα δείχνει το φως που κινείται σε ένα είδος σπειροειδούς μορφής.

Γραμμική πόλωση vs κυκλική πόλωση. Το γραμμικό διάγραμμα δείχνει το φως να κινείται σε ένα επίπεδο, ενώ το κυκλικό διάγραμμα δείχνει το φως που κινείται σε ένα είδος σπειροειδούς μορφής.

«Είναι πολύ σημαντικό να γνωρίζουμε τη φωτεινότητα της εκπομπής του Γαλαξία μας, γιατί αυτό πρέπει να διορθώσουμε για μια βαθύτερη ανάλυση του κοσμικού μικροκυματικού υποβάθρου», δήλωσε ο Joseph Eimer, επικεφαλής συγγραφέας της έρευνας και αστροφυσικός στο Πανεπιστήμιο Johns Hopkins. είπε στη δήλωση. “Το CLASS είναι πολύ επιτυχημένο στον χαρακτηρισμό της φύσης αυτού του σήματος, ώστε να μπορούμε να το αναγνωρίσουμε και να αφαιρέσουμε αυτούς τους ρύπους από τις παρατηρήσεις.”

ΣΧΕΤΙΚΑ ΙΣΤΟΡΙΑ:

– 300 αστέρια νετρονίων που εκτοξεύουν ακτίνες γάμμα βρέθηκαν σε τεράστιες έλξεις – και μερικά είναι «πάλσαρς αράχνης»

— Τηλεσκόπιο Fermi της NASA: Μελετώντας το σύμπαν υψηλής ενέργειας

— Ένας νέος χάρτης της σκοτεινής ύλης που δημιουργήθηκε από ένα «κοσμικό απολίθωμα» δείχνει ότι ο Αϊνστάιν είχε δίκιο (ξανά)

Με την παράδοση αυτών των νέων αποτελεσμάτων, η CLASS έχει θέσει ένα νέο πρότυπο για τη χαρτογράφηση της πόλωσης του φωτός, ανοίγοντας νέους δρόμους για ένα παρατηρητήριο με βάση τη Γη που μπορεί να χρειαστεί να αντιμετωπίσει παρεμβολές από την ατμόσφαιρα του πλανήτη μας.

«Το έργο βρίσκεται στην πρώτη γραμμή της προώθησης των μετρήσεων της επίγειας πόλωσης σε μεγαλύτερη κλίμακα», κατέληξε ο Έλμερ.

Η έρευνα της ομάδας δημοσιεύτηκε στις 26 Φεβρουαρίου στο The Astrophysical Journal.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *